Tsunami: Generalidades, Etapas y Clasificación

Un Tsunami se define como una secuencia de ondas de gravedad asociadas a una perturbación, ya sea instantánea o con una duración finita, de la superficie del líquido (mar, océano, fiordo, lago, etc.). 

En general, dicha perturbación tiene origen en un fenómeno geológico. Terremotos, deslizamientos de tierra y erupciones volcánicas son los principales agentes generadores de tsunamis destructivos, siendo los primeros los más frecuentes.

La palabra viene del japonés “tsu” que significa “puerto o bahía” y “nami” que significa “ola”, por lo tanto, la palabra Tsunami significa “ola en el puerto o bahía”.

Es evidente que las regiones que se encuentran más expuestas a sufrir grandes tsunamis son las que poseen una ocurrencia de grandes terremotos (ejemplo: Chile, Japón, Indonesia, etc.) o bien, laderas inestables en zonas de fiordos (Noruega, Alaska, etc.).

En la Figura 1 se puede apreciar la distribución de todos los tsunamis de los que se tenga registro, sólo considerando los eventos de los cuales se tiene una probabilidad mayor al 75% de efectivamente tratarse de un tsunami.


Ubicación histórica de Tsunamis
Fig. 1. Distribución histórica de los Tsunamis en el mundo.


Esto se debe principalmente a que ciertos registros históricos obtenidos mediante estudios de paleosismología y paleotsunami no son posibles de distinguir con toda certeza.

Los tsunamis son fenómenos naturales que representan una grave amenaza, incluso para regiones muy distantes de la fuente sísmica. 

Las olas del tsunami pueden propagarse por miles de kilómetros sin disipación de energía significativa; en mar abierto, la amplitud de unos 5-20 cm y la longitud de onda es muy larga (los barcos no sienten los efectos del paso del tsunami).

Cuando las olas del tsunami se acercan a la costa, la longitud de onda disminuye y la amplitud crece en función de la batimetría, de esta manera, el tsunami puede alcanzar varios metros de altura, tal como se muestra en la Figura 2.

Normalmente la primera advertencia de aproximación de un tsunami es una retirada relativamente rápida de las playas. 

Los residentes de las costas han aprendido a hacer caso de esta advertencia y a desplazarse a un terreno más elevado, pues de 5 a 30 minutos después, el retroceso del agua va seguido de una oleada capaz de extenderse centenares de metros tierra adentro.


Anatomía de un Tsunami
Fig. 2. Anatomía de un Tsunami.


De manera sucesiva, cada oleada va seguida de una retirada rápida del agua mar adentro.

Hasta la fecha, el tsunami más devastador ocurrió el 26 de diciembre de 2004 en el océano Índico, con un número de víctimas directamente atribuidas al tsunami de aproximadamente 280.000 personas.


¿Cuántos metros puede medir la ola de un Tsunami?

El tamaño de una ola de tsunami es variable. El tsunami del océano Índico en 2004 tuvo una altura promedio de 30 metros, por lo que en tamaño se refiere, no se acerca a otros tsunamis que se tienen registrados en la historia.

El tsunami de Fukushima que afectó a Japón en el año 2011 superó los 40 metros de altura, a pesar de que fue menos mortífero, sin embargo causó enormes estragos a nivel material, ya que contribuyó al colapso de la planta nuclear homónima. 

En 1963, ocurrió un evento catastrófico durante el llenado del tercer depósito de la presa Vajont, Italia, cuando un gigantesco deslizamiento de unos 260 millones de metros cúbicos de bosque, tierra y roca cayeron en el embalse a unos 80 km/h. 

El agua desplazada resultante produjo que 50 millones de metros cúbicos de agua sobrepasaran la presa en una ola de 250 metros de altura, pese a lo cual la estructura de la presa no recibió daños importantes, sin embargo destruyó el pueblo de Longarone y otras pequeñas villas a la redonda.

El tsunami con la ola más grande registrada ocurrió una década antes, en el estado de Alaska, cuando un derrumbe generó una ola de más de 500 metros de altura. 


Física y Etapas de un Tsunami

Clásicamente, los tsunamis se modelan como ondas largas longitudinales. Esto se debe a la relación de escala que existe entre las dimensiones de la ruptura sísmica y el espesor de la capa de líquido (profundidad media). 

En contraste, la amplitud de las ondas de tsunamis se relaciona directamente con la amplitud de perturbación que lo genera, y ésta es varias órdenes de magnitud inferior al espesor de la capa de líquido. En la Figura 3, se pueden observar las variables para el modelamiento de un Tsunami.


Variables de Modelamiento de Tsunamis
Fig. 3. Variables de Modelamiento de Tsunamis.


A modo de ejemplo, los tsunamis tectónicos pueden exhibir longitudes de onda de entre 100 a 300 km, amplitudes de pocos centímetros a un par de decenas de metros en una profundidad media de 4 km.

La forma estándar de modelar un tsunami es mediante el sistema de ecuaciones de aguas someras (Shallow Water Equations):


Sistemas de Ecuaciones de Aguas Someras
(Ec. 1)


Donde:

H = Columna total de agua.
M, N = Representa los flujos de descarga.
u, v  = Velocidades horizontales.
g = Aceleración de gravedad.
n = Coeficiente de fricción de Manning.
𝜂 = Superficie libre del líquido.
𝜁 = Perturbación en la superficie de la tierra con respecto al nivel fijo de batimetría, h.


En muchas aplicaciones prácticas, es suficiente utilizar la teoría lineal que se desprende del sistema anterior cuando las contribuciones no lineales son despreciables. En este caso, el sistema se reduce a una ecuación de derivadas parciales de segundo orden:


Reducción de Ecuación de Aguas Someras
(Ec. 2)


En la situación idealizada de un océano de profundidad constante, un tsunami se propaga obedeciendo exactamente la ecuación de ondas 2+1 D, con velocidad de grupo (y de fase) dada por: C₀ = (gd)¹/².

Para tener una noción, con g = 9,81 m/s² y d = 4.000 m, se obtiene que c₀ ≈ 713 km/h.

La evolución de las ondas del tsunami generadas por un terremoto se desarrollan en tres etapas: Generación, Propagación e Inundación.


Generación

La etapa de Generación de un tsunami incluye la formación del disturbio inicial de la superficie del océano provocado por la deformación del fondo oceánico. 

Desde el punto de vista físico, un tsunami es generado por el movimiento súbito del fondo marino debido al terremoto, generalmente están asociados a ondas de longitud mayor que la profundidad.

La base teórica del planteamiento se encuentra en función a tsunamis generados por terremotos de subducción. El mecanismo que controla esta generación está intrínsecamente ligado al proceso de ruptura de la fuente sísmica. 

Este proceso produce cambios en la forma del fondo oceánico los cuales se manifiestan en la superficie del mar.

Existen dos formas en las que tradicionalmente se modela la generación de tsunamis.

Llamando L al operador que representa el movimiento y x al vector de incógnitas, se definen las siguientes formulaciones:


Formulaciones para Generación Pasiva y Generación Activa
(Ec. 3)


El primer caso se conoce como generación pasiva (GP), y utiliza la misma deformación del fondo marino como condición inicial en la superficie libre. 

Similarmente, la segunda formulación se llama generación activa (GA), y se caracteriza por ser de condiciones iniciales nulas siguiendo la evolución que dicta el término forzante del fondo.

El uso de la (GP) requiere que la formación de la condición inicial ocurra de forma “rápida” en relación a la propagación del tsunami

En situaciones regulares, la razón entre la rapidez de la ruptura sísmica y de las ondas es de aproximadamente 15.

El término 𝜁₀ (x,y) usualmente es calculado mediante una solución analítica de la deformación elástica en un semiespacio homogéneo.

Para el uso de esta solución, es necesario conocer la geometría del plano de falla, las características elásticas del medio y el momento sísmico asociado.


Propagación

Un tsunami puede propagarse a través de grandes distancias antes de embestir la costa a cientos o miles de kilómetros del punto de origen del terremoto

El disturbio inicial en la superficie del agua engendra una onda de gravedad de gran amplitud que se propaga hacia las costas.


Inundación

La altura alcanzada por el tsunami al arribar a la costa se debe a la interacción de varios factores físicos y morfológicos tales como: características de las ondas en mar abierto, batimetría, pendiente del fondo marino, configuración del contorno de la costa, difracción, refracción, reflexión, dispersión, atrapamiento de las ondas en las distintas formaciones costeras, entre otros.

Estos factores determinan el arribo del tsunami a la línea de costa sea un proceso complejo, lo cual genera grandes diferencias notables de altura máxima de inundación (run-up), aún a cortas distancias a lo largo de ella.

La estimación del área inundada en zonas costeras, producidas por ondas de tsunami, es de vital importancia para la mitigación de peligro ante un tsunami.

Como se ilustra en la Figura 4, la cota asociada a la máxima penetración horizontal del agua se define como run-up.


Definición de variables costeras de un Tsunami
Fig. 4. Variables costeras de un Tsunami.

Este parámetro es de alto interés pues define las zonas inundables y sirve como referencia para emitir alertas de evacuación, daño a estructuras portuarias, estimación de pérdidas económicas, etc. 

El run-up ha sido intensamente estudiado en diferentes circunstancias, desde modelos sencillos de playa inclinada a discretizaciones numéricas de alta resolución.

Desde el punto de vista numérico, el cálculo del run-up y la inundación representan un gran desafío, pues están definidos por una condición de borde móvil. 

Es decir, la posición de la intersección entre la topografía y la superficie libre del mar es una función del tiempo.


Clasificación de los Tsunamis

De acuerdo a la Distancia Epicentral

Los Tsunamis pueden ser clasificados de acuerdo a su distancia epicentral en: locales, regionales y lejanos o tele-tsunamis.


Tsunamis Locales

Los Tsunamis Locales son aquellos que se encuentran cercanos a la fuente de generación, a lo que sus efectos destructivos se limitan a menos de una hora de viaje desde su origen. Históricamente, el 90% de los desastres son causados por tsunamis locales.

Por ejemplo, el tsunami generado por el terremoto de Arequipa, el 23 de junio de 2001 con magnitud de 8.2Mw y epicentro localizado a 82 km al NO de la localidad de Ocoña. Este tsunami afectó principalmente a la localidad de Camaná con olas entre 7 y 8 metros de altura.


Tsunamis Regionales

Los Tsunamis Regionales son aquellos que se encuentran entre 100 y 1.000 km de la fuente de generación del mismo. Ocasionalmente, los tsunamis regionales tienen efectos limitados y localizados en zonas fuera de la región de origen.

Por ejemplo, el tsunami del 21 de febrero de 1996 con magnitud de 7.5Mw, es local si se toma en cuenta la ciudad de Chimbote y otros lugares cercanos al epicentro del sismo, pero es regional al considerarse la zona costera del departamento de Arequipa. 

En este caso, causó daños materiales y pérdidas humanas en la ciudad de Chimbote y en menor grado en las ciudades alejadas. En la Figura 5, se puede observar la distancia relativa existente entre un tsunami local y regional con respecto al punto de epicentral de generación.


Tsunami Local y Regional
Fig. 5. Distancia relativa de un Tsunami Local y Regional con respecto al punto de generación.


Tsunamis Lejanos o Tele-Tsunamis

Los Tsunamis Lejanos o Tele-Tsunamis son originados por una fuente distante, generalmente a distancias mayores a 1.000 km, pero con una amenaza potencialmente alta. Estos tsunamis son los que afectan a toda la cuenca del Pacífico.

En general, estos empiezan como un tsunami local que causa una extensa destrucción cerca de la fuente y debido a la energía liberada por el sismo, las olas del tsunami se propagan en altamar con facilidad, llegando alcanzar mayores distancias y causar daños adicionales en zonas costeras de países ubicados a largas distancias.

Uno de los tsunamis más destructivo de la historia reciente fue generado por el Terremoto de Valdivia, producido frente a la costa de Chile, el 22 de mayo de 1960 (con una magnitud de 9.6Mw). 

Todos los pueblos costeros chilenos en la región epicentral fueron destruidos y fuertemente dañados por la acción del sismo y el tsunami.

Las olas del tsunami comenzaron a llegar a las zonas costeras de Chile de 10 a 15 minutos después del sismo, para luego afectar otras áreas a lo largo de la costa de América del Sur, tal como se muestra en la Figura 6.


Tele-Tsunami generado por el Terremoto de Valdivia de 1960
Fig. 6. Tele-Tsunami generado por el Terremoto de Valdivia en 1960.


También el tsunami arribó a las costas de Hawái, Japón y otras zonas del Pacífico. Las olas de este tsunami variaron de acuerdo al lugar: 13 metros en la isla Pitcairn, 12 metros en Hilo y Hawái y 7 metros en las costas de Japón.

De estos tsunamis, los de mayor peligro son los que necesitan menor tiempo para llegar a las zonas costeras; es decir, tsunamis locales y tsunamis regionales

Por ello es importante considerar procedimientos adicionales para dar alertas de tsunami y establecer medidas importantes de gestión de riesgo.


De acuerdo al Mecanismo de Generación

Dentro de los principales mecanismos generadores de tsunamis se considera a los producidos por sismos, los mismos que representan el 96% de los tsunamis registrados, las erupciones volcánicas son responsables del 3%; los generados por deslizamientos submarinos o deslizamientos costeros el 0,8%, y finalmente, los generados por impacto de meteoritos, que son bastante raros.


Eventos Sísmicos

Los sismos con magnitudes mayores a 7.0Mw, es el de mayor ocurrencia de los mecanismos de generación de tsunamis, siempre y cuando ocurran en el fondo marino o muy cerca de él, a profundidades focales menores a 60 km.

Estos eventos se producen en regiones de convergencia de placas tectónicas que ocasionan el levantamiento y hundimiento de la corteza continental, tal como se muestra en la Figura 7.

En el proceso, la masa de agua es impulsada violentamente hacia arriba y al tratar de recuperar su equilibrio, genera inmensas olas que al llegar a las costas, son fuertemente destructivas.


Tsunami generado por Evento Sísmico
Fig. 7. Tsunami generado por Evento Sísmico.


Los parámetros de la fuente del sismo que determinan la generación y las características del tsunami son: el momento sísmico, el mecanismo focal y la profundidad focal. En la Tabla 1, se muestran las relaciones empíricas entre las magnitudes del sismo y las características del tsunami.


Tabla 1. Magnitud del Terremoto y características del Tsunami.

Tipo Magnitud Destrucción
a M>7.8 Tsunami destructivo en todo el océano.
b 7.5<M<7.8 Tsunami regional destructivo. Limitado hasta un radio de 1.000 km desde el punto de origen.
c 7.0<M<7.5 Tsunami local destructivo. Limitado a un radio de 100 km del epicentro.
d M<6.5 Muy baja probabilidad de generación de Tsunami local destructivo.


Hay varias teorías que explican sobre las características de los eventos sísmicos que son capaces de generar tsunamis. Según el entendimiento común, un terremoto puede generar un tsunami si:


  • La magnitud del terremoto es mayor a 7.0Mw.
  • El origen del terremoto se debe a la deformación del piso oceánico.
  • El foco oceánico a una profundidad inferior a 60 km.
  • La ubicación de la fuente es una zona de subducción.


Para un tsunami local, el sismo debe tener una magnitud de 6.5Mw. Es decir, las características del tsunami en el campo lejano o cercano dependen de la magnitud del terremoto y del tiempo de viaje de las olas del tsunami.


Erupción Volcánica

Las erupciones volcánicas violentas son uno de los mecanismos generadores de tsunamis que también pueden generar perturbaciones importantes capaces de desplazar grandes volúmenes de agua, y causar mucha destrucción, principalmente en zonas próximas al volcán.

En este caso, las olas son generadas por el desplazamiento repentino del agua a causa de la explosión volcánica, hundimiento de la pared del volcán o debido a la explosión y posterior derrumbe de la cámara magmática del volcán.

En la Figura 8 se observa un tsunami que se produce a causa de la erupción de un volcán submarino. La potencia con la que se expulsa los materiales piroclásticos y otros, impacta con el agua haciendo que formen olas que viajan hacia la costa.


Tsunami generado por una Erupción Volcánica
Fig. 8. Tsunami generado por una Erupción Volcánica.


Las erupciones laterales de un volcán también pueden producir un tsunami, provocado por el desprendimiento de uno de sus lados, lo que permite que el material se deposite de forma inesperada y rápida al pie del volcán submarino, generando olas.

Las erupciones volcánicas submarinas tienen el potencial de producir olas de tsunami verdaderamente poderosas. 

La gran explosión del volcán Krakatoa de 1883, ubicado cerca de la costa de Java y Sumatra, generó olas gigantescas que alcanzaron alturas de 40 metros sobre el nivel del mar, destruyendo numerosas localidades y pequeñas islas cercanas.


Deslizamientos

El deslizamiento de tierras submarinas a lo largo del talud continental es otro de los mecanismos generadores de tsunamis. Estos casos suelen producirse cuando se altera el equilibrio inestable de los fondos marinos a consecuencia de los movimientos sísmicos. 

En la Figura 9 se muestra la generación de un tsunami por deslizamiento en el mar.


Tsunami generado por Deslizamiento
Fig. 9. Tsunami generado por Deslizamiento.


El tsunami del 17 de julio de 1998 que ocurrió en Papúa Nueva Guinea fue generado por el desplazamiento de sedimentos. Sin embargo, la energía del tsunami generada por un desplazamiento de tierras se disipa rápidamente durante el viaje a través del océano.


Impactos de Meteoritos

El impacto de un gran meteorito directamente en el océano es uno de los mecanismos generadores de tsunamis, sin embargo es un fenómeno muy poco probable. Las pocas veces que ha ocurrido en nuestro planeta han tenido consecuencias catastróficas.

De acuerdo a investigaciones internacionales publicadas, con evidencias geológicas razonables recabadas durante años, han podido comprobar que el impacto de un gran meteorito pudo haber sido el responsable de la desaparición masiva de los dinosaurios al final del período cretácico, hace 66 Ma.

El impacto tuvo lugar en Chicxulub, en la península de Yucatán, México, la cual ocasionó la extinción del 75% de las especies terrestres y 50% de las especies marinas. 

En la Figura 10, se puede observar un esquemático de un tsunami generado por el impacto de un meteorito.


Tsunami generado por Impacto de Meteorito
Fig. 10. Tsunami generado por Impacto de Meteorito.


El violento impacto del cuerpo rocoso, de entre 10 y 14 kilómetros de diámetro, provocó el desplome de la plataforma continental, la cual se cree que pudo producir sismos de magnitud inimaginables y a su vez olas gigantes, que pudieron arrasar con todo a su paso. Las especies de grandes dimensiones, como los dinosaurios, fueron las más afectadas.


Fuente:

  • Sulla, W. Metodología para la identificación de sismos generadores de Tsunami a distancias regionales usando la transformada de Wavelet. Universidad Nacional San Agustín. Arequipa, Perú (2016).
  • Castillejo, G. y Espinoza, L. Simulación de Tsunami para la Generación de Mapas de Inundación y Daño en el Distrito de Ancón. Tesis de Grado. Facultad de Ingeniería de la Universidad Ricardo Palma. Lima, Perú (2015).
  • Fuentes, M. Modelamiento Analítico y Numérico de Tsunamis en Chile apuntando a la Alerta Temprana. Tesis de Grado. Universidad de Chile. Santiago de Chile (2019).
  • Colaboradores de Wikipedia. Tsunami. Wikipedia, la enciclopedia libre (2021). https://es.wikipedia.org/wiki/Tsunami
  • Tarbuck, E. y Lutgens, F. Ciencias de la Tierra 8va. Edición. Pearson Education. Madrid, España (2005).


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